QoS trong MPLS

PHẦN A
GIỚI THIỆU
Phần giới thiệu
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài, sinh viên đã gặp nhiều khó khăn về mặt
kiến thức và phương pháp tiếp cận đề tài. Nhưng với sự nhiệt tình, sự tận tâm của
thầy TS.LÊ QUANG TUẤN người thực hiện đề tài đã lần lượt giải quyết được các
vấn đề đặt ra. Người thực hiện đề tài đã được Thầy giúp tìm hiểu và nắm bắt được
các vấn đề cơ bản mà đề tài cần thực hiện . Thầy đã theo dõi quá trình thực hiện đề
tài của sinh viên và có những lời nhận xét và bổ sung vô cùng quý báu để sinh viên
hoàn thành tốt nhất đề tài của mình. Sinh viên thực hiện đề tài xin gửi đến Thầy lời
biết ơn chân thành và sâu sắc
Ngoài ra, người thực hiện đề tài cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô
trong khoa điện tử , thầy cô trong bộ môn viễn thông của trường đại học sư phạm
kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh , gia đình và bạn bè đã luôn hỗ trợ và tạo điều kiện tốt
nhất cho sinh viên hoàn thành đề tài này
Người thực hiện đề tài
Đào văn Hiển
Phần giới thiệu
MỤC LỤC
Trang
Trang bìa lót
Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp
Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp
Lời cảm ơn
Mục lục
Liệt kê bảng vii
Liệt kê hình viii
Liệt kê từ viết tắt xii
Tóm tắt xiv
Chương 1: Liệt kê bảng iv

Liệt kê hình v
Liệt kê từ viết tắt viii
3.1 Mạng NGN-IMS [8] 3
3.2 Chuyển mạch nhãn MPLS [1],[2],[9] 22
3.3 Công nghệ MPLS/VPN [4], [9] 31
Chương 4: ĐỊNH TUYẾN VÀ DỊCH VỤ TRONG MẠNG MPLS/VPN 43
4.1 Các giao thức định tuyến [5],[10] 43
4.2 Dịch vụ trong mạng [4],[6],[9] 64
Chương 5: MÔ PHỎNG VỀ VẤN ĐỀ QOS TRONG MẠNG MPLS/VPN 107
5.1 Mục tiêu của bài mô phỏng 107
5.2 Các thành phần trong bài mô phỏng 108
5.3 Cài đặt thông số trong bài mô phỏng 109
5.4 Kết quả mô phỏng và nhận xét 112
4.1 Kết luận 121
A. 1 Cấu hình cho các router trong mạng [2],[4],[9] 124
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
4.1 Kết luận……………………………………………………………… 119
4.2 Hướng phát triển……………………………………………… …… 119
PHỤ LỤC
Phụ lục A
Phụ lục A.1 Cấu hình cho các router trong mạng………………… ……120
Phụ lục A.2 Giới thiệu các phần mềm………………………… ……… 157
Phụ lục B Tài liệu tham khảo …………………………………………. 164
Phần giới thiệu
Chương 1:Liệt kê bảng
Bảng 1.1:Các phần tử của Softswitch có chức năng tương tự IMS 16
Bảng 1.2:Sự khác nhau giữa Softswitch và IMS [11] 17
Bảng 4.1:TE Class định nghĩa hai lớp CT và hai mức ưu tiên 104
Bảng 5.1:Băng thông ràng buộc RDM cho 8 lớp CT 105
Chương 2:

Phần giới thiệu
Liệt kê hình
Hình 1.1:Topo mạng thế hệ sau 5
Hình 1.1:Cấu trúc mạng thế hệ sau ( góc độ mạng) 6
Hình 1.2:Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ) 6
Hình 1.3:Cấu trúc luận lý của NGN 7
Hình 1.1:Cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ 11
Hình 1.1:Hệ thống chuyển mạch mềm [11] 13
Hình 1.1:Kiến trúc phân lớp của IMS [11] 14
Hình 1.1:Kiến trúc chức năng của IMS trong TISPAN [7] 15
Hình 1.1:So sánh kiến trúc Softswitch và IMS [11] 16
Hình 1.1:Tách các chức năng của SBC theo mô hình lõi IMS của ETSI [11] 19
Hình 1.1:Giải pháp IMS của Alcatel [11] 20
Hình 1.2:Giải pháp IMS của Huawei [11] 21
Hình 1.1:Thiết bị lớp 2 không biết thông tin định tuyến lớp 3 [9] 22
Hình 1.1:Tham chiếu MPLS trong mô hình OSI và TCP/IP [9] 24
Hình 1.1:Kiến trúc một node của MPLS [9] 24
Hình 1.1:Các loại router chuyển mạch nhãn [9] 25
Hình 1.1:Nhãn MPLS [9] 26
Hình 1.2:Ánh xạ từ trường DSCP vào trường EXP [9] 26
Hình 1.3:Label Stack [9] 27
Hình 1.1:Quá trình thiết lập phiên MPLS [9] 28
Hình 1.1:Quá trình phân phối nhãn và xây dựng bản LFIB [9] 29
Hình 1.1:Quá trình hoán đổi nhãn và chuyển tiếp gói tin [9] 29
Hình 1.1:Kết nối từ B đến C được thay thế bằng từ B đến E [9] 30
Hình 1.1:Mô hình mạng riêng ảo (VPN) [4] 31
Hình 1.1:Mô hình Overlay VPN [4] 33
Hình 1.2:Triển khai Overlay VPN ở lớp 2 33
Hình 1.3:IP tunneling 33
Hình 1.4:PPP-over-IP tunnels 34

Hình 1.5:Mô hình Hub and Spoke 34
Hình 1.1:Mô hình Peer-to-Peer VPN 35
Hình 1.2:Lọc gói ở share PE router 36
Liệt kê từ viết tắt
Hình 1.1:Kiến trúc MPLS/VPN 37
Hình 1.1:Chức năng của PE router 38
Hình 2.1:Gắn 64 bit RD vào IPv4 để tạo thành VPNv4 39
Hình 2.2:Gỡ RD khi gói tin ra khỏi mạng 39
Hình 3.1:Cách thức hoạt động của RT 40
Hình 3.2:Các luồng dữ liệu sau khi áp dụng RD và RT [9] 41
Hình 4.1:Mô hình định tuyến trong MPLS/VPN [9] 41
Hình 5.1:Quá trình chuyển tiếp gói tin trong MPLS/VPN [9] 42
Hình 1.1:Quá trình hoán đổi bảng định tuyến [10] 46
Hình 1.2:Sự thay đổi của bảng định tuyến [10] 47
Hình 1.3:Cập nhật thông tin định tuyến [10] 47
Hình 1.1:Tính toán đường đi dựa vào bảng định tuyến [10] 49
Hình 1.2:Sử dụng thuật toán tìm đường [10] 49
Hình 1.1:Mạng chưa hội tụ [9] 64
Hình 2.1:mạng hội tụ [9] 65
Hình 3.1:Cách tính băng thông lớn nhất trong mạng [9] 65
Hình 3.2:Cách tính độ trễ trong mạng [9] 66
Hình 1.1:Một bản SLA đơn giản 68
Hình 1.2:Các bước thực hiện QoS [9] 69
Hình 2.1:Các yêu cầu của ứng dụng Voice [9] 70
Hình 2.2:Các yêu cầu của ứng dụng Video [9] 70
Hình 2.3:Các yêu cầu của Data [9] 71
Hình 3.1:Phân lớp các loại dữ liệu [9] 72
Hình 5.1:So sánh các phương pháp triển khai QoS [9] 73
Hình 1.1:Các bản tin của giao thức RSVP [9] 75
Hình 1.2:Quá trình điều khiển chấp nhận trong RSVP[9] 75

Hình 1.3:DSCP và IP Precedence [9] 77
Hình 1.4:Ánh xạ giữa DSCP và PHB [9] 78
Hình 1.5:Các lớp AF [9] 78
Hình 1.6:Lựa chọn lớp[9] 79
Hình 1.1:Quá trình phân lớp tại ngõ vào của router [9] 80
Hình 1.2:Quá trình đánh dấu [9] 81
Hình 1.3:Tốc độ bất đối xứng giữa WAN và LAN 81
Hình 1.4:Tắc nghẽn do kết tụ băng thông 82
Liệt kê từ viết tắt
Hình 1.5:Quá trình xử lý hàng đợi [9] 82
Hình 1.6: First In First Out [9] 83
Hình 1.7:Thuật toán PQ [9] 83
Hình 1.8:Thuật toán Round Robin [9] 84
Hình 1.9:Thuật toán WRR [9] 85
Hình 1.10:Ví dụ về nhược điểm của kỹ thuật CQ [9] 85
Hình 1.11:Kiến trúc của một kỹ thuật hàng đợi 86
Hình 1.12:Kỹ thuật FIFO [9] 87
Hình 1.13:Kỹ thuật WFQ [9] 87
Hình 1.14:Ánh xạ từ IPP đến weight 88
Hình 1.15:Kỹ thuật CBWFQ [9] 89
Hình 1.16:Kỹ thuật LLQ [9] 89
Hình 1.17:Tail Drop [9] 90
Hình 1.18:Ví dụ về Policing [9] 90
Hình 1.19:Ví dụ về Shaping [9] 91
Hình 1.20:Gói tin được nén trước khi đưa vào hàng đợi [9] 92
Hình 1.21:So sánh về hiệu quả của việc nén dùng phần cứng và phần mềm [9]
92
Hình 1.22:Chia nhỏ gói tin Data và đan xen gói tin Voice [9] 93
Hình 1.1:Chức năng của các router khi triển khai QoS [4] 94
Hình 1.1:Một ví dụ về ánh xạ từ DSCP sang EXP [9] 95

Hình 1.2:Ánh xạ theo EXP [6] 95
Hình 1.3:Mô hình ba lớp dịch vụ [9] 98
Hình 1.4:Mô hình bốn lớp dịch vụ [9] 98
Hình 1.5:Mô hình năm lớp dịch vụ [9] 99
Hình 1.1:R1 dùng link-state [9] 100
Hình 1.2:R1 dùng distance vector [9] 101
Hình 1.3:Ví dụ về sử dụng thuật toán CSPF 102
Hình 1.4:MPLS TE luôn có các đường dự phòng cho mạng [9] 103
Hình 1.5:Mô hình MAM [6] 105
Hình 1.6:Mô hình RDM [9] 106
Chương 3:
Liệt kê từ viết tắt
Liệt kê từ viết tắt
AF Assured Forwading
ATM Asynchronous Transfer Mode
BA Behavior Aggretate
BE Best Effort
BGP Border Gateway Protocol
CAC Call Admission Control
CBWFQ Class-Based Weighted Fair Queuing
CE Customer Edge
CEF Cisco Express Forwarding
CLI Command Line Interface
CoS Class of Service
CQ Custom Queuing
CRC Cyclic Redundancy Check
CSPF Constraint-based Shortest Path First
DiffServ Differentiated Services
DSCP Differentiated Service Code Point
DS-TE DiffServ-Traffic Engineering MPLS

E-EXP EXP-inferred PSC LSP
EF Expedited Forwarding
EIGRP Enhanced Interior Gateway Routing Protocol
EXP Experiment
FEC Forwarding Equavilency Class
FIB Forwarding Information Base
FIFO First In First Out
FTP File Transfer Protocol
GRE Generic Routing Encapsulation
Liệt kê từ viết tắt
IETF Internet Engineering Task Force
IGP Interior Gateway Protocol
IntServ Integrated Services
IPP IP Precedence
IPSec IP Security
IS-IS Intermediate System to Intermediate System
ISDN Integrated Services Digital Network
L2FP Layer 2 Forwarding Protocol
L2TP Layer 2 Tunneling Protocol
LAN Local Area Network
LDP Label Distribution Protocol
L-EXP Label-only inferred PSC LSP
LFIB Lable Forwarding Information Base
LIB Lable Information Base
LLQ Low-Latency Queueing
LSP Lable Swichted Path
LSR Lable Switching Router
MAM Maximum Allocation Model
MPLS Multiprotocol Label Switching
MQC Modular QoS CLI

NBAR Network-Based Application Recognition
OAM Operations And Maintenance
OSI Open Systems Interconnection
OSPF Open Shortest Path First
PBR Policy-Based Routing
PE Provider Edge
PHB Per-Hop Behavior
PPP Point-to-Point Protocol
PPTP Point to Point Tunneling Protocol
Liệt kê từ viết tắt
PQ Priority Queuing
PSTN Public Switched Telephone Network
QoS Quality of Service
RD Route Distinguishers
RDM Russian Dolls Model
RED Random Early Dection
RIB Routing Information Base
RIP Routing Information Protocol
RSVP Resource Reservation Protocol
RT Route Target
RTP Real-time Transport Protocol
RTSP Real Time Streaming Protocol
SLA Service Level Agreement
SPF Shortest Path First
TCP Transmission Control Protocol
TE Traffic Engineering
ToS Type of Service
TTL Time To Live
UDP User Datagram Protocol
VCI Virtual Channel Identifier

VoIP Voice over IP
VPI Virtual Path Identifier
VPN Virtual Private Network
VRF Virtual Routing and Forwarding
WAN Wide Area Network
WFQ Weighted Fair Queuing
WRED Weighted Random Early Dection
WRR Weighted Round Robin
Liệt kê từ viết tắt
Đồ án tốt nghiệp 1
TÓM TẮT
Để thực hiện đề tài đúng theo nội dung và phương pháp cũng như về mặt
thời gian trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài .Nội dung đề tài gồm 3
chương :
Chương 1: Tổng quan về mạng NGN-IMS
Trình bày về kiến trúc , hoạt động của mạng NGN , so sánh giữa chuyển
mạch mềm ( Softswitch ) và phân hệ đa phương tiện IMS, trình bày về công nghệ
chuyện mạch MPLS trong mạng NGN
Chương 2: Định tuyến và dịch vụ trong mạng MPLS/VPN
Trình bày các giao thức định tuyến : BGP ,EIGRP ,OSPF . Chất lượng dịch
vụ QoS trong mạng MPLS/VPN các mô hình triển khai của VPN
Chương 3: Mô phỏng vấn đề QoS trong mạng MPLS/VPN
Giải pháp QoS và Vấn đề lưu lượng trong mạng MPLS/VPN
Người thực hiện đề tài
Đào văn Hiển
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS
Đồ án tốt nghiệp 2
PHẦN B
NỘI DUNG
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS

Đồ án tốt nghiệp 3
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN
3.1 Mạng NGN-IMS [8]
3.1.1 Sự ra đời và phát triển
NGN-(Next Generation Network- NGN) được định nghĩa là “mạng thế hệ
sau ) bắt đầu được nhắc tới từ năm 1998. NGN là bước tiếp theo trong lĩnh vực
truyền thông truyền thống trên thế giới được hỗ trợ bởi 3 mạng lưới: mạng thoại
PSTN, mạng không dây và mạng số liệu (Internet). NGN hội tụ cả 3 mạng trên vào
một kết cấu thống nhất để hình thành một mạng chung, thông minh, hiệu quả cho
phép truy xuất toàn cầu, tích hợp nhiều công nghệ mới, ứng dụng mới và mở đường
cho các cơ hội kinh doanh phát triển. Chương 1 giới thiệu về Mạng thế hệ sau
(NGN), trình bày sơ lược về mạng viễn thông hiện tại, đặc điểm và hạn chế. Sau đó,
mô tả kiến trúc mạng NGN bao gồm lớp truyền dẫn và truy cập, lớp truyền thông,
lớp điều khiển, lớp ứng dụng và lớp quản lý.
Khái niệm về mạng viễn thông hiện tại
Mạng viễn thông là phương tiện truyền thông tin từ đầu phát tới đầu thu.
Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng.
Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết
bị truyền dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối.
 Thiết bị chuyển mạch gồm tổng đài nội hạt và tổng đài quá giang. Các
thuê bao được nối vào tổng đài nội hạt và tổng đài nội hạt nối vào tổng đài
quá giang. Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền được dùng
chung và mạng có thể được sử dụng một cách kinh tế.
 Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài, hay giữa các
tổng đài để thực hiện việc truyền các tín hiệu điện. Thiết bị truyền dẫn
chia làm 2 loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao và thiết bị truyền dẫn cáp
quang. Thiết bị truyền dẫn phía thuê bao dùng môi trường thường là cáp
kim loại. Tuy nhiên có một số trường hợp môi trường truyền là cáp quang
hoặc vô tuyến.
3.1.2 Đặc điểm của mạng NGN

Mạng NGN có 4 đặc điểm chính:
 Nền tảng là hệ thống mạng mở.
Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử độc
lập, các phần tử được phân chia theo chức năng tương ứng và phát triển một cách
độc lập. Trong đó, giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu
chuẩn tương ứng.
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS
Đồ án tốt nghiệp 4
Việc phân tách làm cho mạng viễn thông vốn có dần dần đi theo hướng mới,
nhà kinh doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ
chức mạng lưới. Việc tiêu chuẩn hoá giao thức giữa các phần tử có thể nối thông
các mạng có cấu hình khác nhau.
 NGN là do dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với
mạng lưới.
Với đặc điểm:
- Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi
- Chia tách cuộc gọi với truyền tải.
Mục tiêu chính của chia tách là làm cho dịch vụ thực sự độc lập với mạng,
thực hiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ. Thuê bao có thể
tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền
tải dịch vụ và loại hình đầu cuối.
 NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất.
Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng
truyền hình cáp đều không thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để xây dựng
cơ sở hạ tầng thông tin. Nhưng gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ IP,
người ta nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình
cáp cuối cùng cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà
người ta thường gọi là “dung hợp ba mạng”.
 Là mạng có dung lượng, tính thích ứng ngày càng tăng và có đủ dung
lượng để đáp ứng nhu cầu.

Giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và bắt đầu
được sử dụng làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn còn bất lợi so
với chuyển mạch kênh về khả năng hổ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng
dịch vụ đảm bảo cho số liệu. Tuy nhiên, tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới
Internet cùng với sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu
sót này.
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS
Đồ án tốt nghiệp 5
Hình 1.1: Topo mạng thế hệ sau.
3.1.3 Kiến trúc mạng NGN
Cho đến nay, mạng thế hệ sau vẫn là xu hướng phát triển mới mẻ, chưa có một
khuyến nghị chính thức nào của Liên minh Viễn thông thế giới ITU về cấu trúc của
nó. Nhiều hãng viễn thông lớn đã đưa ra mô hình cấu trúc mạng thế hệ sau như
Alcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC,…
Nhìn chung từ mô hình này, cấu trúc mạng mới có đặc điểm chung là bao
gồm các lớp sau:
- Lớp kết nối (Acess +Transport/Core)
- Lớp kết nối trung gian hay lớp truyền thông (Media)
- Lớp điều khiển (Control)
- Lớp quản lý (Management)
Trong đó, lớp điều khiển rất phức tạp với nhiều loại giao thức, khả năng
tương thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang được các nhà khai thác quan
tâm.
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS
Đồ án tốt nghiệp 6
Hình 1.1: Cấu trúc mạng thế hệ sau ( góc độ mạng)
Xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc
mạng thế hệ sau còn có thêm lớp ứng dụng dịch vụ.
Trong môi trường phát triển cạnh tranh thì sẽ có rất nhiều thành phần tham
gia kinh doanh trong lớp ứng dụng dịch vụ.

Hình 1.2: Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ)
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS
Lớp điều khiển
Lớp điều khiển
Lớp truyền thông
Lớp truyền thông
Lớp truy cập và
truyền dẫn
Lớp truy cập và
truyền dẫn
Lớp quản lý
Lớp quản lý
Lớp ứng dụng
Lớp ứng dụng
Lớp điều khiển
Lớp điều khiển
Lớp truy cập và
truyền dẫn
Lớp truy cập và
truyền dẫn
Lớp truyền thông
Lớp truyền thông
Lớp quản lý
Lớp quản lý
Đồ án tốt nghiệp 7
Hình 1.3: Cấu trúc luận lý của NGN
Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu. Nó
phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng rẽ,
các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn.
Hệ thống chuyển mạch NGN được phân thành bốn lớp riêng biệt thay vì tích

hợp thành một hệ thống như công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay: lớp ứng dụng,
lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy cập và truyền tải. Các giao diện mở có sự
tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh
chóng, dễ dàng; những nhà khai thác có thể chọn lựa các nhà cung cấp thiết bị tốt
nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN.
3.1.3.2 Lớp truyền dẫn và truy cập
Phần truyền dẫn
- Lớp vật lý: Truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh bước sóng quang DWDM
được sử dụng.
- Lớp 2 và lớp 3:
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS
Đồ án tốt nghiệp 8
Truyền dẫn trên mạng lõi (core network) dựa vào kỹ thuật chuyển mạch gói cho
tất cả các dịch vụ với chất lượng dịch vụ QoS tuỳ theo yêu cầu cho từng loại dịch
vụ. ATM hay IP/MPLS có thể được sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng lõi
để đảm bảo QoS.
Mạng lõi có thể thuộc mạng LAN hay mạng đường trục
Các router sử dụng ở biên mạng lõi khi lưu lượng lớn, ngược lại, khi lưu lượng
thấp, switch-router có thể đảm nhận luôn chức năng của những router này.
- Thành phần:
Các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM hay IP/MPLS), các chuyển mạch kênh
của mạng PSTN, kỹ thuật truyền tải chính là IP hay IP/ATM.
Có các hệ thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến cuộc gọi.
- Chức năng:
Lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và
chức năng chuyển mạch.
Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho cùng một dịch
vụ và cho các dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng lưu trữ lại các sự kiện xảy ra trên
mạng (kích thước gói, tốc độ gói, độ trì hoãn, tỷ lệ mất gói và Jitter cho phép,… đối
với mạng chuyển mạch gói; băng thông, độ trì hoãn đối với mạng chuyển mạch

kênh TDM). Lớp ứng dụng sẽ đưa ra các yêu cầu về năng lực truyền tải và nó sẽ
thực hiện các yêu cầu đó.
Phần truy cập
- Lớp vật lý:
Hữu tuyến: Cáp đồng, xDSL hiện đang sử dụng. Tuy nhiên trong tương lai
truyền dẫn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) sẽ dần dần chiếm ưu thế
và thị trường xDSL, modem cáp dần dần thu hẹp lại.
Vô tuyến: thông tin di động – công nghệ GSM hoặc CDMA, truy cập vô
tuyến cố định, vệ tinh.
- Lớp 2 và lớp 3: Công nghệ IP sẽ làm nền cho mạng truy cập.
- Thành phần:
Phần truy cập gồm các thiết bị truy cập đóng vai trò giao diện để kết nối các
thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, cáp quang hoặc
vô tuyến.
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS
Đồ án tốt nghiệp 9
Các thiết bị truy cập tích hợp (IAD).
Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy cập (tương tự, số, TDM, ATM,
IP,…) để truy cập vào mạng dịch vụ NGN.
- Chức năng:
Cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục (thuộc lớp
truyền dẫn) qua cổng giao tiếp MGW thích hợp.
Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn và không chuẩn
như các thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ
PBX, điện thoại POTS, điện thoại số ISDN, di động vô tuyến, di động vệ tinh, vô
tuyến cố định, VoDSL, VoIP,…
3.1.3.3 Lớp truyền thông
- Thành phần:
Thiết bị ở lớp truyền thông là các cổng truyền thông (MG – Media
Gateway) bao gồm:

Các cổng truy cập: AG (Access Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng
truy cập, RG (Residental Gateway) kết nối mạng lõi với mạng thuê bao tại nhà.
Các cổng giao tiếp: TG (Trunking Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng
PSTN/ISDN, WG (Wireless Gateway) kết nối mạng lõi với mạng di động,…
- Chức năng:
Lớp truyền thông có khả năng tương thích các kỹ thuật truy cập khác với kỹ
thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở mạng đường trục. Hay nói cách khác, lớp này
chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (chẳng hạn như PSTN,
FrameRelay, LAN, vô tuyến,…) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên
mạng lõi và ngược lại.
Nhờ đó, các nút chuyển mạch (ATM+IP) và các hệ thống truyền dẫn sẽ thực
hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy
cập dưới sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển.
3.1.3.4 Lớp điều khiển.
- Thành phần
Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là
Softswitch còn gọi là Media Gateway Controller hay Call Agent được kết nối với
các thành phần khác để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP như: SGW
(Signaling Gateway), MS (Media Server), FS (Feature Server), AS (Application
Server).
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS
Đồ án tốt nghiệp 10
Theo MSF (MultiService Switching Forum), lớp điều khiển cần được tổ
chức theo kiểu module và có thể bao gồm một số bộ điều khiển độc lập. Ví dụ có
các bộ điều khiển riêng cho các dịch vụ: thoại/báo hiệu số 7, ATM/SVC, IP/MPLS,
…
- Chức năng:
Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt từ
đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào.
Cụ thể, lớp điều khiển thực hiện:

Định tuyến lưu lượng giữa các khối chuyển mạch.
Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các luồng, điều
khiển sắp xếp nhãn (label mapping) giữa các giao diện cổng.
Phân bổ lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối (hay mỗi
luồng) và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS.
Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp media.
Thống kê và ghi lại các thông số về chi tiết cuộc gọi, đồng thời thực hiện các cảnh
báo.
Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này đến các
thành phần thích hợp trong lớp điều khiển.
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS
Đồ án tốt nghiệp 11
Hình 1.1: Cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ
Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp
điều khiển. Nhờ các giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn,
điều này cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng và dễ dàng.
3.1.3.5 Lớp ứng dụng
- Thành phần:
Lớp ứng dụng gồm các nút thực thi dịch vụ SEN (Service Excution Node),
thực chất do các server dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua
lớp truyền tải.
- Chức năng:
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS
Đồ án tốt nghiệp 12
Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều
mức độ. Một số loại dịch vụ sẽ làm chủ việc thực hiện điều khiển logic của chúng
và truy cập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ được điều khiển
từ lớp điều khiển như dịch vụ thoại truyền thống. Lớp ứng dụng liên kết với lớp
điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ đó mà các nhà cung cấp dịch vụ
có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các dịch vụ mạng.

3.1.3.6 Lớp quản lý
Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ kết nối cho đến lớp
ứng dụng.
Tại lớp quản lý, người ta có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám sát
viễn thông TMN, như một mạng riêng theo dõi và điều phối các thành phần mạng
viễn thông đang hoạt động. Tuy nhiên cần phân biệt các chức năng quản lý với các
chức năng điều khiển. Vì căn bản NGN sẽ dựa trên các giao diện mở và cung cấp
rất nhiều loại hình dịch vụ trong một mạng đơn, cho nên mạng quản lý phải làm
việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác, đa dịch vụ.
3.1.4 Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN
Kiến trúc của mạng NGN là kiến trúc phân tán vì thế mà các chức năng báo
hiệu và xử lý báo hiệu, chuyển mạch, điều khiển cuộc gọi,…được thực hiện bởi các
thiết bị nằm phân tán trong cấu hình mạng. Để có thể tạo ra các kết nối giữa các
đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ, các thiết bị này phải trao đổi các thông tin báo
hiệu và điều khiển được với nhau. Cách thức trao đổi các thông tin báo hiệu và điều
khiển đó được quy định trong các giao thức báo hiệu và điều khiển được sử dụng
trong mạng. Về cơ bản, trong mạng NGN có các giao thức báo hiệu và điều khiển
sau:
 H.323
 SIP
 BICC
 SIGTRAN
 MGCP, MEGACO/H.248
Các giao thức này có thể phân thành 2 loại: các giao thức ngang hàng (H.323,
SIP, BICC) và các giao thức chủ tớ (MGCP, MEGACO/H.248)
Sự khác nhau cơ bản giữa hai cách tiếp cận này là ở chỗ “khả năng thông minh”
(intelligent) được phân bổ như thế nào giữa các thiết bị biên của mạng và các
server. Sự lựa chọn cách nào là phụ thuộc vào chi phí hệ thống, triển khai dịch vụ,
độ khả thi.
3.1.5 Softswitch [7], [11]

Với sự phát triển mở rộng của mạng VoIP, Softswitch vẫn là hệ thống thu hút
sự quan tâm của các nhà khai thác cũng như cung cấp thiết bị. Softswitch là phần tử
chính trong mạng VoIP và các sản phẩm Softswitch của các nhà cung cấp thiết bị
cũng khá đa dạng. Đa số các hệ thống Softswitch ban đầu chỉ có ba phần tử chính là
Gateway báo hiệu (SG), cổng phương tiện (MG - Media Gateway) và Bộ điều khiển
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS
Đồ án tốt nghiệp 13
cổng phương tiện (MGC - Media Gateway Controller) (Hình 1). MG chuyển lưu
lượng thoại từ TDM sang dạng gói tin IP. MG nối giữa PSTN nội hạt và mạng IP
backbone hoặc làm giao diện giữa đường dây truy nhập TDM và mạng VoIP. SG
phiên dịch các bản tin báo hiệu của các giao thức báo hiệu PSTN sang SIP (Session
Initiation Protocol) hoặc H.323 của mạng IP. MGC căn cứ vào các bản tin này để
điều khiển cuộc gọi: thiết lập/giải phóng cuộc gọi, đưa ra thông báo, chuyển tiếp
cuộc gọi,…


Hình 1.1: Hệ thống chuyển mạch mềm [11]

Nhiều hệ thống Softswitch được bổ sung thêm các SBC (Session Border
Controller). Các SBC nối giữa mạng của các doanh nghiệp và nhà cung cấp dịch vụ
hoặc đặt tại các node cung cấp dịch vụ. SBC có các cơ chế bảo vệ, xử lý cả luồng
báo hiệu và media để bảo vệ MGC và các phần tử mạng khác khỏi sự xâm nhập trái
phép.

Vì tính phân tán của mạng IP, các nhà cung cấp thiết bị đã có những thay đổi
trên cơ sở kiến trúc Softswitch ban đầu: chuyển từ dạng tích hợp sang mô hình các
phần tử chức năng như trong NGN. Một hệ thống Softswitch đầy đủ có các thành
phần sau: điều khiển cuộc gọi (Call Control/Call Agent), Media Gateway (MG),
Gateway báo hiệu (SG), SIP server, SIP client, cơ sở dữ liệu thuê bao, máy chủ ứng
dụng, Media server, điều khiển Media Gateway (MGC) và tính cước.

Mỗi nhà cung cấp thiết bị có sự thay đổi khác nhau nhưng nhìn chung là tạo ra
sự tách biệt giữa Call Control, Media Gateway, Gateway báo hiệu và tách riêng các
phần tử trong Softswitch lõi. Do việc chia tách các thành phần chức năng
Softswitch nên sự phân biệt giữa chuyển mạch class 4 và 5 trở nên không cần thiết
và các Softswitch có các gói chức năng khác nhau là có thể thay thế cho cả chuyển
mạch class 4/5. Các Softswitch này được gọi là “supper – class” hoặc “classless”
Softswitch.
3.1.6 Phân hệ đa phương tiện IMS [7] ,[11]
3.1.6.1 Giới thiệu về IMS
Tiêu chuẩn IMS (IP Multimedia Subsystem) định nghĩa một kiến trúc
chung để cung cấp thoại qua giao thức Internet (VoIP) và các dịch vụ đa phương
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS
Đồ án tốt nghiệp 14
tiện. Nó là một tiêu chuẩn quốc tế, lần đầu tiên xác định bởi 3GPP/3GPP2
(Third Generation Partnership Project) và hiện nay đang được chấp nhận bởi
các tổ chức tiêu chuẩn khác bao gồm cả ETSI và TISPAN. Tiêu chuẩn này hỗ
trợ nhiều loại truy cập bao gồm GSM, WCDMA, CDMA2000, truy cập hữu tuyến
băng thông rộng và WLAN.
Đối với người dùng, dịch vụ dựa trên IMS cho phép liên lạc người với người
và người với nội dung thông tin theo một loạt các phương thức - bao gồm cả giọng
nói, văn bản, hình ảnh và video, hoặc sự kết hợp của các phương thức trên một
cách cá nhân hóa cao và kiểm soát tốt.
Đối với các nhà khai thác, IMS tiến thêm một bước nữa về khái niệm
kiến trúc nhiều lớp bằng cách định nghĩa một kiến trúc nằm ngang, nơi mà dịch
vụ được triển khai và các chức năng phổ biến có thể được tái sử dụng cho
nhiều ứng dụng. Kiến trúc nằm ngang trong IMS còn xác định khả năng tương
tác và chuyển vùng, và cung cấp điều khiển truyền tải, tính cước và bảo mật. Hơn
thế nữa, nó cũng được tích hợp với các mạng thoại và dữ liệu hiện tại, trong khi áp
dụng nhiều thành tựu quan trọng của ngành CNTT. Điều này làm cho IMS trở
thành một khả năng then chốt cho sự hội tụ di động cố định.

Với những lý do trên, IMS sẽ trở thành giải pháp ưu tiên cho các nhà khai
thác cố định và di động kinh doanh đa phương tiện
3.1.6.2 Kiến trúc IMS
Một cách đơn giản kiến trúc của một hệ thống IMS được chia
thành bốn lớp bao gồm lớp dịch vụ, lớp điều khiển, lớp truyền tải và lớp
quản lý.
Hình 1.1: Kiến trúc phân lớp của IMS [11]
 Lớp ứng dụng: bao gồm các máy chủ ứng dụng và nội dung để thực
hiện các dịch vụ giá trị gia tăng cho người sử dụng. Tiêu chuẩn IMS
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS
Đồ án tốt nghiệp 15
định nghĩa ra các thực thể khởi tạo dịch vụ chung Service enablers
(chẳng hạn như quản lý danh sách nhóm và sự hiện diện) được
thực hiện như các dịch vụ trong một máy chủ ứng dụng SIP.
 Lớp điều khiển: bao gồm các máy chủ điều khiển mạng để quản lý
cuộc gọi hoặc thiết lập phiên, sửa đổi và giải phóng. Chức năng
quan trọng nhất trong số này là CSCF (Call Session Control
Function), còn được biết đến như một máy chủ SIP. Lớp này cũng có
một bộ đầy đủ các chức năng hỗ trợ, chẳng hạn như dự liệu, tính cước
vàkhai thác và quản lý (O & M). Kết nối với những nhà khai
thác khác hay các loại mạng khác được quản lý bởi các cổng biên
giới.
 Lớp kết nối: bao gồm các bộ định tuyến và chuyển mạch, cả cho
mạng xương sống và mạng truy cập.
 Lớp quản lý: bao gồm các máy chủ và các phần mềm quản lý cung
cấp các công cụ giúp việc vận hành, khai thác và bảo dưỡng hệ thống
một cách thuận tiện và tự động hóa cao.
3.1.6.3 Các thành phần của IMS [7],[11]
Cấu trúc chức năng của IMS được mô tả dưới hình sau:
Hình 1.1: Kiến trúc chức năng của IMS trong TISPAN [7]

Các phần tử cơ sở dữ liệu
HSS (Home Subscriber Server) Máy chủ cở sở dữ liệu thuê bao
SLF (Subscription Locator Function) Chức năng định vị và mô tả thuê bao
Các phần tử điều khiển IMS
CSCF (Call Session Control Function) thiết lập, giám sát, hỗ trợ và giải
phóng cácphiên cuộc gọi và quản lý tương tác của thuê bao. CSCF có thể hoạt
động ở một số chế độ sau:
 S-CSCF (Serving CSCF) nhận thực thuê bao và điều khiển kết nối
Chương 1: Tổng quan mạng NGN-IMS